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技術 コイル及びコイルの製造方法

出願人 東芝産業機器システム株式会社
発明者 塩田広霜村英二伊藤圭史後藤博前田照彦
出願日 2016年3月2日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2016-039983
公開日 2017年9月7日 (4年1ヶ月経過) 公開番号 2017-157703
状態 特許登録済
技術分野 一般用変成器のコイル コイルの絶縁 電気コイル一般
主要キーワード 多導体 コイル形 平角形状 布テープ 高熱伝導性フィラー マイクロサイズ アラミド紙 交流抵抗
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年9月7日)のものです。
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図面 (10)

課題

絶縁性に優れたコイル及びコイルの製造方法を提供する。

解決手段

実施形態に係るコイルは、導電性細線束ねたものがレジンモールドされた巻線用導体であって、前記細線の間には前記レジンが隙間なく充填されている前記巻線用導体からなる。

概要

背景

コイルに用いられるリッツ線は、複数本エナメル線素線細線)を撚合わせて成る多導体マグネットワイヤ巻線用導体)である。リッツ線は高周波電気機器のコイル用マグネットワイヤとして多用されるようになってきている。通電される電流周波数が高くなると表皮効果によって交流抵抗が増加してロスが大きくなる。高周波電気機器のコイルにリッツ線が用いられるのは、絶縁皮膜を有するエナメル線を用いて導体を多数本に分割することによって表皮電流を細分化し、これによって交流抵抗の増加を低減するためである。一般的に断面が円形の丸リッツ線が用いられているが、電気機器コイルを巻線したときのコイル占積率を上げるために、断面が平角形状平角リッツ線も用いられている。

概要

絶縁性に優れたコイル及びコイルの製造方法を提供する。実施形態に係るコイルは、導電性の細線を束ねたものがレジンモールドされた巻線用導体であって、前記細線の間には前記レジンが隙間なく充填されている前記巻線用導体からなる。

目的

本発明の実施形態は、絶縁性に優れたコイル及びコイルの製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

導電性細線束ねたものがレジンモールドされた巻線用導体であって、前記細線の間には前記レジンが隙間なく充填されている前記巻線用導体からなるコイル

請求項2

前記巻線用導体の周囲は前記レジンにより硬化された不織布により覆われている請求項1に記載のコイル。

請求項3

前記巻線用導体の周囲は、硬化させる前の前記レジンを透過しない性質を備えるテープにより巻回されている請求項1又は2に記載のコイル。

請求項4

前記レジンは熱伝導性が高い請求項1から3のいずれか一項に記載のコイル。

請求項5

前記レジンには高熱伝導性発現させる添加剤が添加されている請求項1から4のいずれか一項に記載のコイル。

請求項6

導電性の細線を束ねた巻線用導体を準備する工程と、前記巻線用導体の周囲を、レジン硬化促進剤を含む不織布により巻回する工程と、前記不織布により巻回された前記巻線用導体を螺旋状に巻回しコイル形状にする工程と、コイル形状にされた前記巻線用導体を液体レジンに浸漬して前記液体レジンを含浸させる工程と、前記液体レジンを含浸させた前記巻線用導体を熱乾燥炉で処理することによりレジンを硬化させる工程を備えるコイルの製造方法。

請求項7

前記巻線用導体の周囲を、レジン硬化促進剤を含む不織布により巻回する工程の前に、液体レジンを透過しない性質を備えるテープにより、間隔を設けつつ巻回する工程を備える請求項6に記載のコイルの製造方法。

請求項8

前記レジンには高熱伝導性を発現させる添加剤が添加されている請求項6又は7に記載のコイルの製造方法。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、コイル及びコイルの製造方法に関する。

背景技術

0002

コイルに用いられるリッツ線は、複数本エナメル線素線細線)を撚合わせて成る多導体マグネットワイヤ巻線用導体)である。リッツ線は高周波電気機器のコイル用マグネットワイヤとして多用されるようになってきている。通電される電流周波数が高くなると表皮効果によって交流抵抗が増加してロスが大きくなる。高周波電気機器のコイルにリッツ線が用いられるのは、絶縁皮膜を有するエナメル線を用いて導体を多数本に分割することによって表皮電流を細分化し、これによって交流抵抗の増加を低減するためである。一般的に断面が円形の丸リッツ線が用いられているが、電気機器コイルを巻線したときのコイル占積率を上げるために、断面が平角形状平角リッツ線も用いられている。

先行技術

0003

特開2000−90747号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の実施形態は、絶縁性に優れたコイル及びコイルの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

実施形態に係るコイルは、導電性の細線を束ねたものがレジンモールドされた巻線用導体であって、前記細線の間には前記レジンが隙間なく充填されている前記巻線用導体からなる。

図面の簡単な説明

0006

実施形態に係るコイルの概略構成例を示す図
コイルの断面構造を示す図
コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図
コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図
コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図
コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図
コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図
コイルの製造過程の途中工程の状態を示す断面図
コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図

実施例

0007

以下、一実施形態について図面に基づいて説明する。実施形態の説明において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図1は、実施形態の一例として示すコイル10の概略構成例を示す斜視図である。図2は、図1のコイル10の部分Aにおける構成を示す断面図である。コイル10は、例えば銅からなる細線すなわち素線撚り合わせて束ねられた巻線用導体たるリッツ線12により構成されている。コイル10は、リッツ線12が、中心に空洞を有して同心円状に例えば楕円を呈し、渦巻き状に密着して巻回するようにして構成され、全体がレジンにより固められている。図1における部分Aはリッツ線12の基本単位に相当する部分であり、図2はコイル10を構成するリッツ線12の基本構成を示している。コイル10に用いられるリッツ線12は、互いに絶縁された複数の導電性の素線14(細線)、例えば絶縁被膜を備える複数のエナメル線を撚り合わせて束ねてなる多導体のマグネットワイヤ(巻線用導体)である。

0008

図2に示すように、リッツ線12は、複数の素線14を撚り合わせてなる第1単位リッツ線16を備えている。更に複数の第1単位リッツ線16が撚り合わされることにより、第2単位リッツ線18が構成されている。リッツ線12は、第2単位リッツ線18の周囲を、固縛帯22及び包囲帯24により覆われてなるものである。

0009

固縛帯22としては、例えば、強靭なアラミド繊維テープが用いられる。固縛帯22は紙テープ形状を備えており、第2単位リッツ線18の周囲を巻回することにより、第2単位リッツ線18を構成する第1単位リッツ線16若しくは素線14が解けてしまわないように固縛するために用いられる。固縛帯22は後述する図4(a)に示すように、巻回する固縛帯22の間に間隙Gが形成されるように、第2単位リッツ線18の周囲を巻回している。

0010

包囲帯24は、固縛帯22により固縛された第2単位リッツ線18の周囲を巻回して覆っている。包囲帯24は、後述する不織布テープ32に後述するレジン液38を含浸させて硬化させたものである。この場合、不織布テープ32は、後述するコイル10の製造工程において、後述するレジン液38を浸透、透過させることが可能で、第2単位リッツ線18の周囲を巻回可能な素材の一例として挙げたものである。このような特性を有していれば包囲帯24を構成する素材は不織布テープ32に限定されなくてもよい。

0011

第2単位リッツ線18において、複数の素線14の間、若しくは複数の第1単位リッツ線16の間には絶縁性の硬化レジン20(レジン)が隙間なく存在している。また、素線14と固縛帯22及び包囲帯24の間、更には、第1単位リッツ線16と固縛帯22及び包囲帯24の間も、隙間なく硬化レジン20が存在している。すなわち、第2単位リッツ線18は、複数の素線14、若しくは複数の第1単位リッツ線16を後述するレジン液38で硬化し一体的に固めたものであって、硬化レジン20により立体的一体化されて固定されたものである。また、リッツ線12は、素線14、第1単位リッツ線16、第2単位リッツ線18、固縛帯22、及び包囲帯24が硬化レジン20により隙間なく固められている。すなわち、コイル10及びこれを構成するリッツ線12は、素線14の間及びその周囲が硬化レジン20で隙間なく充填されてモールドされた構成を備える。

0012

硬化レジン20すなわち後述するレジン液38としては、熱伝導率すなわち放熱性の高いレジンを採用してもよい。熱伝導率の高いレジンとしては、例えばエポキシ樹脂に、高熱伝導性発現させる添加剤としてアルミナ窒化ホウ素などのマイクロサイズ高熱伝導性フィラーを添加したものが用いられる。熱伝導率の高いレジンを採用した場合は、コイル10及びこれを構成するリッツ線12は、複数の素線14の間、複数の第1単位リッツ線16の間、素線14と固縛帯22及び包囲帯24の間、更には、第1単位リッツ線16と固縛帯22及び包囲帯24の間に隙間なく熱伝導率すなわち放熱性が高い硬化レジン20が充填された構成となっている。従って、形成されるコイル10及びこれを構成するリッツ線12は、その内部が熱伝導率すなわち放熱性が高い硬化レジン20によって隙間なく満たされており、その外周も放熱性が高い硬化レジン20により硬化された包囲帯24により覆われているため、コイル10全体が熱伝導率すなわち放熱性が高いものとなる。

0013

次に、コイル10の製造方法について説明する。図3から図9はコイル10の製造方法を説明するための図であり、製造工程の各途中工程における状態を示す図である。図3はコイル10を構成するリッツ線12の製造過程の途中工程の状態を示す図であり、図3(a)は斜視図、図3(b)は断面図を示す。43はコイル10を構成するリッツ線12の製造過程の途中工程の状態を示す図であり、図4(a)は斜視図、図4(b)は断面図を示す。図5はコイル10を構成するリッツ線12の製造過程の途中工程の状態を示す図であり、図5(a)は斜視図、図5(b)及び図5(c)は断面図を示す。

0014

まず、図3(a)及び(b)に示すように、撚り合わせリッツ線30a(リッツ線)を準備する。撚り合わせリッツ線30aは、素線14を撚り合わせて第1単位リッツ線16を作成し、次いで、第1単位リッツ線16を撚り合わせて作成されたものである。撚り合わせリッツ線30aを硬化レジン20で固めたものが第2単位リッツ線18に相当する。

0015

次に、図4(a)及び(b)に示すように、撚り合わせリッツ線30aの周囲を固縛帯22により巻回することにより固縛し、固縛リッツ線30b(リッツ線)を形成する。固縛帯22は撚り合わせリッツ線30aの周囲を、間隙すなわち隙間を形成するようにして巻回される。この状態では、巻回される固縛帯22の間の間隙から撚り合わせリッツ線30aが露出している。ここで、固縛帯22は例えばアラミド紙テープであるため、後述するレジン液を透過させることができない。

0016

次に、図5(a)及び(b)に示すように、固縛リッツ線30bの周囲を不織布テープ32により巻回することにより包帯リッツ線30c(リッツ線)を形成する。この場合、不織布テープ32は、巻解された不織布テープ32の間に間隙が発生しないように固縛リッツ線30bの周囲を巻回されている。不織布テープ32は後述するレジン液38を浸透、透過させることができる。

0017

ここで、不織布テープ32には、後述するレジン液38の硬化促進剤が含まれている。硬化促進剤としては、例えば、アミン類イミダゾール類ホスフィン、DBU(1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7)及びその有機酸塩、若しくはアンモニウムあるいはホスホニウム化合物などが用いられる。

0018

なお、不織布テープ32が、撚り合わせリッツ線30aを固縛するのに十分な強度、すなわち、素線14及び第1単位リッツ線16が解けてしまわないようにするのに十分な強度を有している場合は、固縛帯22による撚り合わせリッツ線30aの固縛を省略することができる。すなわち、図3(a)及び(b)に示すように、撚り合わせリッツ線30aの周囲を、不織布テープ32により隙間なく巻回することにより、図5(c)に示す包帯リッツ線30d(リッツ線)を形成することができる。この場合は固縛帯22による固縛を省略できるため、工程が簡略化でき、製造コストの削減に貢献する。また、この場合のコイル10及びこれを構成するリッツ線12においては、第2単位リッツ線18の周囲が包囲帯24により覆われ、第2単位リッツ線18と包囲帯24の間には固縛帯22が存在しない。その他の構成は同じである。

0019

次に、図6に示すように、包帯リッツ線30cを巻回心材34の周囲に巻回することにより、包帯リッツ線30cをコイル状に形成する。巻回心材34は例えば木材により構成される。包帯リッツ線30cを巻回心材34に巻回しコイル状に形成されたものは、図7に示すようにコイル10bとなる。

0020

次に、コイル10bを巻回心材34から抜いた後、図7に示すように、レジン液38を満たしたレジン容器36内に浸漬する。レジン容器36を大気圧より低い圧力の空間に置くことにより、レジン液38のコイル10b内部への充填が促進される。ここで、上述したように不織布テープ32は、レジン液38を透過させることができる。また、固縛帯22は図4に示すようにその間に間隙Gが形成されるようにして撚り合わせリッツ線30aの周囲に巻回されている。従って、レジン液38は不織布テープ32を透過して包帯リッツ線30cの内部に浸入し、更に、巻回された固縛帯22の間隙Gを通って第1単位リッツ線16、素線14の間に浸入する。これにより、第2単位リッツ線18の内部の第1単位リッツ線16又は素線14の間、更には固縛帯22、不織布テープ32とこれら素線14、第2単位リッツ線18等との間は、隙間なくレジン液38で満たされている。

0021

ここで、上述したように、不織布テープ32にはレジン液38の硬化促進剤が含まれている。この硬化促進剤により、コイル10bをレジン液38に浸漬させ、レジン液38が不織布テープ32及び包帯リッツ線30c内部に十分浸透した後に、不織布テープ32におけるレジン液38が硬化促進剤と反応して硬化する。これにより、後述する図8に示すようにレジンによって硬化された包囲帯24が形成される。ここで、硬化促進剤は不織布テープ32にのみ含まれているため、不織布テープ32部のレジン液38だけが硬化し、不織布テープ32に覆われた内部のレジン液38は硬化しない未硬化のままで残存する。すなわち、第2単位リッツ線18の内部の第1単位リッツ線16、素線14、及び固縛帯22との間であって、不織布テープ32に覆われた内部領域は、硬化前のレジン液38すなわち未硬化レジン40により満たされている。この状態のコイルを、コイル10dとし、これを構成するリッツ線を包帯リッツ線30eとする。コイル10dを構成する包帯リッツ線30eは、図8に示すように、未硬化レジン40が、その内部の素線14の間、第1単位リッツ線16の間に満たされ、その外周が、レジン液38により硬化された不織布テープ32すなわち包囲帯24により覆われている状態となっている。

0022

次に、この状態のコイル10dをレジン容器36から取り出したものを図9に示す。コイル10dを構成する包帯リッツ線30eの構造は、上述するように図8に示されている。図8は、図9のB部分の断面構造を示したものである。この時、コイル10dを構成する包帯リッツ線30eは上述のように、周囲がレジン液38で硬化された包囲帯24により覆われている。このため、コイル10dをレジン容器36から取り出しても、コイル10d内部のレジン液38すなわち未硬化レジン40が外部に漏れ出ないようにすることができ、包囲帯24により覆われた内部に隙間なく保持された状態が確保されている。

0023

次いで、図9に示すように、コイル10dを熱乾燥炉42に投入する。熱乾燥炉42によりコイル10dの全体が熱乾燥され、これによって、コイル10dの未硬化レジン40が硬化する。同時に包囲帯24の硬化も促進される。以上の工程を経て、図1に示すコイル10を製造することができる。

0024

なお、図7に示す工程において、不織布テープ32部のみ硬化促進剤を含ませて、この部分のみのレジン液38を硬化させるのは以下の理由による。仮に、不織布テープ32部分に、レジン液38の硬化促進剤を含ませることがない場合を想定する。この場合、レジン容器36内のレジン液38にコイル10bを浸漬しても、不織布テープ32部分のレジン液38は硬化しない。この状態で、レジン容器36からコイル10を出すと、不織布テープ32はレジン液38を透過させるため、コイル10内の未硬化レジン40が不織布テープ32を通過して外に漏れ出てしまう。従って、この状態で、熱乾燥炉42でレジン液38を硬化させると、コイル10を構成するリッツ線12の内部は硬化レジン20が欠落し、素線14、第1単位リッツ線16、第2単位リッツ線18、固縛帯22、及び包囲帯24等の間に隙間が形成される。このような隙間が存在すると、コイル10は絶縁性が低下してしまう。

0025

一方、不織布テープ32に硬化促進剤を含ませない場合にレジン液38を硬化させるには、レジン容器36にコイル10を入れた状態で加熱するなどの方法でレジン液38を硬化させることになる。しかし、このようにすると、中にコイル10を入れたレジン容器36ごとレジン液38が硬化してしまい、レジン容器36ごとこれらが一体化してしまうためコイル10を取り出すことができない。またコイル10中央の空洞にも硬化したレジンが満たされてしまい、当該空洞が硬化されたレジンで塞がれてしまう。以上の理由から、不織布テープ32に硬化促進剤を含ませて、この部分のみレジン液38を硬化させるのである。すなわち、不織布テープ32は、これに硬化促進剤を含ませることによりレジンにより硬化された包囲帯24となり、コイル10bを、レジン液38を満たしたレジン容器36に浸漬し、内部にレジン液38を含浸させた際に、コイル10b内部にレジン液38が隙間なく充填された状態を保持する機能を有する。これにより、コイル10内部の素線14、第1単位リッツ線16、第2単位リッツ線18、固縛帯22及び包囲帯24間に隙間がなく、絶縁性が向上したコイル10を得ることができる。

0026

上述した実施形態に係るコイル10によれば以下の効果を奏する。
実施形態のコイル10及びこれを構成するリッツ線12は、素線14の間及びその周囲が硬化レジン20で隙間なく充填されてモールドされた構成を備える。これにより、コイル10の絶縁性が向上され、例えばこれを高周波電気機器に用いた場合にあっても、優れた絶縁性を奏する。

0027

さらに、コイル10及びこれを構成するリッツ線12において、素線14、第1単位リッツ線16、第2単位リッツ線18、固縛帯22、及び包囲帯24が硬化レジン20により一体的かつ隙間なく固められ、立体的に固定された構成を備える。すなわち、コイル10及びこれを構成するリッツ線12は、素線14の間及びその周囲が硬化レジン20で隙間なく充填されて固められモールドされた構成を備える。これにより、コイル10において、隙間や剥離ボイドの発生が抑制され、優れた絶縁性を奏する。

0028

実施形態のコイル10及びこれを構成するリッツ線12は、その周囲がレジンで硬化された不織布テープ32からなる包囲帯24により覆われている。これにより、リッツ線12間の絶縁性が向上するとともに、コイル10の機械的強度が向上する。

0029

実施形態のコイル10及びこれを構成するリッツ線12において、これに用いられる硬化レジン20すなわちレジン液38として、熱伝導率すなわち放熱性の高いレジンを採用してもよい。この場合、コイル10は優れた放熱性を備えるため、例えばコイル10において異常発熱が発生した場合にもコイル10の破損等を抑制することができる。

0030

実施形態のコイル10の製造方法によれば、不織布テープ32にはレジン液38の硬化促進剤が含まれている。この硬化促進剤により、製造途中のコイル10bをレジン液38に浸漬させ、レジン液38が包帯リッツ線30c内部に十分浸透した後に、不織布テープ32におけるレジン液38が硬化促進剤と反応して硬化する。これにより、コイル10の内部領域が硬化されていないレジン液38すなわち未硬化レジン40により満たされ、その外周が、レジン液38により硬化された不織布テープ32すなわち包囲帯24により覆われている状態となる。すなわち、コイル10の内部領域の未硬化レジン40の外周が、レジンにより固められた包囲帯24により覆われ、内部に未硬化レジン40が閉じ込められた状態を作り出すことができる。これにより、製造途中のコイル10をレジン容器36から取り出しても、コイル10の内部領域の未硬化レジン40が漏れ出ないようにすることができる。これにより、素線14の間及びその周囲が硬化レジン20で隙間なく充填されてモールドされた構成を備えるコイル10及びこれを構成するリッツ線12を得ることができる。以上より、例えばこれを高周波電気機器に用いた場合にあっても、優れた絶縁性を備えるコイル10を製造することができる。

0031

上記説明において、実施形態に係るリッツ線12として平角リッツ線を用いた例を例示して説明したが、これに限る意図はない。例えば丸型リッツ線を用いてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0032

図面中、10、10b、10c、10dはコイル、12、30a、30b、30c、30d、30eはリッツ線、14は素線、20は硬化レジン(レジン)、22は固縛帯、24は包囲帯、32は不織布テープ、36はレジン容器、38はレジン液(レジン)、40は未硬化レジン(レジン)、42は熱乾燥炉を示す。

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